Бельгійські та мексиканські біологи пояснили велику кількість потенційних маток у безжалих бджіл M. beecheii егоїзмом личинок. Близько однієї п'ятої усіх личинок цього виду розвиваються замість робочих особин у здатних до розмноження потенційних маток, що суттєво підвищує їхні репродуктивні можливості, але має негативні наслідки для усієї колонії, якій доводиться знищувати зайвих маток, на вирощування яких було витрачено значні ресурси. Про це йдеться у статті, опублікованій в журналі Biology Letters.
Melipona beecheii. USGS Bee Inventory and Monitoring Lab / Wikipedia Commons
Як проявляється егоїзм серед біологічних видів?
Вперше запропонована для людських суспільств метафора «трагедія спільного», яка ілюструє проблему протиріччя між особистими інтересами та суспільним благом, вже описана в ряді біологічних систем — від мікроорганізмів до рослин та комах. Егоїстичні особи можуть надмірно використовувати обмежені ресурси через зловживання спільними благами, що призводить до результату, згубного для всіх. Конфлікти між індивідуальними та колективними інтересами в людських суспільствах вирішуються переговорами або санкціями. У рослин механізми, що підривають колективну згуртованість, контролюються, наприклад, компромісом між висотою та розмноженням, при якому ті, що намагаються перевершити інших за ростом, прагнучи для цього отримати більше світла, часто мають знижену врожайність. Іншим механізмом біологічних систем є використання примусу, за допомогою якого особи, які не співпрацюють, караються членами групи, або ж індивідуальний егоїзм стає невигідним іншим чином.
В еусоціальних бджіл, тобто тих, які мають високий рівень суспільної організації, є система визначення касти. В їхніх спільнотах окремі личинки жіночої статі можуть розвиватися або в репродуктивних маток, або в робітниць — жіночих особин із недорозвиненими репродуктивними органами. Однак з індивідуальної еволюційної точки зору кожній личинці було б вигідно стати королевою, а не дозволити комусь іншому стати нею, що в результаті може нашкодити всій колонії. Проте у більшості еусоціальних видів бджіл доля касти визначається не генетичними особливостями, а харчуванням, яке їм забезпечують під час розвитку на стадії личинки. Через це лише невелика частина самок розвивається в маток, що допомагає підтримувати співвідношення матки та робочих бджіл в колонії на оптимальному рівні.
Група безжалих бджіл роду Melipona, які поширені в Мексиці та Аргентині, є винятком — у них усі самки мають шанс розвинутися як матки. В результаті такого потенціалу самовизначення незрілі самки можуть намагатися стати матками, щоб отримати більші репродуктивні можливості. Так, до 20 відсотків всіх самок розвиваються в маток, але лише одна з них обирається для виконання її функцій, інших же, тобто зайвих маток, вбивають робочі бджоли, відкушуючи їм голову, живіт і кінцівки. Які механізми стоять за прагненням стати матками, визначали дослідники з Католицького університету Левена, що у Бельгії, та Автономного університету Юкатану, Мексика.
Що саме і як перевіряли дослідники?
Наміром роботи авторів був пошук механізму, який запускає розвиток матки, і визначення його мети. Серед запропонованих гіпотез була модель, в якій личинки повністю контролюють свою долю касти, тобто запускається механізм самовизначення. Інша модель припускала внутрішньовидовий паразитизм, схожий із тим, який був помічений у бджіл M. scutellaris, яким вдається проникнути та захопити неспоріднені гнізда. Передбачалося, що у такій системі надлишок маток функціонував би як вигідний спосіб експорту копій генів у популяції через паразитування.
У 2010 році інша група дослідників припустила, що робочі бджоли Melipona beecheii навмисно годують майбутніх маток гераніолом — основною сполукою в секреті, яким бджоли позначають квіти з нектаром і входи до своїх вуликів. Вчені показали, що додавання гераніолу до їжі личинок значно збільшує кількість тих, що згодом розвиваються в маток. Тому вони прийшли до висновку, що доданий бджолами-годівницями в їжу гераніол є причиною розвитку матки, за умови генетичної схильності до цього шляху розвитку. Тобто так бджоли наче маніпулюють долею касти виводка.
Автори нової роботи вирішили повторити дослідження попередників із обробкою личинок гераніолом, збільшивши розмір вибірки, і тим самим перевірити, чи бджоли справді навмисне створюють маток заради поширення ДНК колонії в інші вулики. Щоб визначити частоту виникнення внутрішньовидового паразитизму маток у M. beecheii та його потенційні еволюційні переваги, автори спостерігали за 25 колоніями цих бджіл у Мексиці. Вони брали генетичні зразки маток і робочих бджіл для подальшого аналізу спорідненості. Експерименти проводилися між квітнем і травнем, саме в цей період з'являється більшість нових маток. Слідкували й за іншими 196 колоніями цього виду бджіл, перевіряючи їх на наявність замінної матки кожні три дні.
Яка з гіпотез виявилася правильною?
Генетичне секвенування показало, що всі новоспечені матки були дочками своїх попередниць, а не прибули з інших колоній. Це вказує на те, що внутрішньовидового паразитизму маток у M. beecheii не існує. Оброблення частини личинок гераніолом також не збільшило серед них частку маток. Тобто автори не змогли повторити результати попередників, відкидаючи гіпотезу про те, що бджоли-годувальниці навмисне створюють зайвих маток задля поширення генів в інші колонії.
Автори стверджують, що результати, які вони отримали, свідчать на користь припущення, що личинка сама відповідає за свою долю. Однак, це не виключає того, що фактори харчування все ще можуть відігравати у цьому роль. Водночас отримані дані не пояснюють, як личинки «вирішують» стати матками. Все ще залишається питання, чи процес обумовлюється комбінацією генів, або ж взаємодією харчування і генетичних елементів. Та навряд чи це можна пояснити свідомим бажанням окремих личинок, скоріше це біологічно обумовлений егоїзм.
Ми вже розповідали про схожість соціальних взаємодій бджіл із людським соціальним життям, яку помітили і дослідили американські вчені, а також писали про перехід деяких видів бджіл на м'ясоїдство із заміною кишкового мікробіому для перетравлення м'яса.